专利名称：将物体安装到衬底上的装配设备及其安装方法
技术领域：
本发明涉及一种将物体安装到衬底上的装配设备及其安装方法，在该设备的一个支架上可活动地设有一个夹钳，用于将物体移动安装到衬底上。在所述的支架和夹钳之间装有一个盘簧，在安装夹钳时，使夹钳相对于支架克服该盘簧的弹力移动。因此，给定一个预定的力作为将物体安装到衬底上的安装力。
上述结构的缺点在于，安装力的力的可变控制只能通过驱动支架在衬底上移动的确定的力实现。但传统的这种支架的驱动器必须要求大的质量，由此支架就会具有高的惯性。这样，装配操作的实现不是仅依靠盘簧的预定的安装力的作用，而是通过一个明显大的力，该力作用到物体上从而作用到衬底上。除了支架、夹钳和支架驱动器的惯性，支架驱动器的惯性矩也产生负面的作用。
目前，人们要求在衬底上组装的各电子元件越来越微型化，这样就要求将元件装配在衬底上的安装力越小越好，安装精度越高越好。于是，靠采用上述传统的安装设备和传统的装配方法，是难以胜任和无法实现的。
为此，本发明的目的是提供一种能够以非常小的安装力将物体安装到衬底上的装配设备及其安装方法，而且具有较高的装配精度。
本发明的目的是通过具有权利要求1的特征的装配设备和具有权利要求10的特征的装配方法实现的。本发明的优选实施例体现在各从属权利要求中。
通过按权利要求1所述的本发明的装配设备，可以借助一个电场、磁场和/或电磁场，控制调节在一个支架和一个在该支架上可移动导向的夹钳之间的力作用。也就是说，通过控制磁场的大小，能够非常精确地预先规定力的大小。于是这种预定的安装力与将物体安装到衬底上的过程中所述夹钳相对于支架的移动行程路径无关。
可控制的力作用使安装力不受装配设备的惯性效应的影响。在安装期间，只有夹钳的惯性影响安装力，而支架和其他的装配设备的惯性对所述的安装力没有影响。
根据权利要求2至4的本发明的不同的实施方案，为了通过一个在安装设备的所述夹钳和支架之间的作用场产生力的作用，采用电磁体和/或永磁体作为联接件，它们相互交替作用。本发明所推荐的联接件中的至少一个是一种电磁体，例如是由电流通过的电磁线圈，通过控制流过线圈的电流，就能够直接控制将物体安装到衬底上的安装力的大小。
此外，如果在所述的夹钳上将一相应的联接件设计为电磁体，那么还可以实现质量更小的夹钳，从而有效地避免了安装力出现峰值。
另外，安装力的作用过程不是静态的，而是动态的，可以根据需要和预定值进行相应的控制调整。
此外，在夹钳的导向装置和定位器之间分别安装一个缓冲件，所述的导向装置在所述支架上引导夹钳，所述的定位器安装在所述的支架上。当将物体安装到衬底上之前，所述的夹钳通过两个联接件之一相对与所述的缓冲件预张紧，从而使安装力或安装力的变化仅由所述缓冲件的特性所决定。
根据本发明利用夹钳将物体安装到一个衬底上的安装方法，将物体安装到衬底上期间安装力的变化预先确定为随时间变化的静态和动态的过程。通过控制所述的磁场和/或电场，使支架和夹钳之间实现一个确定安装力的力作用，从而使安装力在很大的力范围内可变。
根据本发明的方法，不仅能实现物体安装到衬底上时的预定的安装力，而且在物体从衬底上提取时有效减小作用在该物体上的加速度尖峰。为此，当将物体从衬底上提取之前，使夹钳在支架上移动。在这个位置处，整个支架与夹钳一起下降到在衬底上的物体上，借助夹钳将物体从衬底上提取。在所述提取操作期间，夹钳相对于支架逆着所述提取的方向移动，由此能够减小在将物体从衬底上提取时产生的加速度。
下面，本发明的实施方案将参照附图得到进一步说明。
图1表示按照本发明的装配设备的简图，表示其中靠在一个定位器上的夹钳处于一个第一预张紧位置；图2表示按照本发明的装配设备的简图，其中夹钳处于一个中间位置；和图3表示按照本发明的装配设备的简图，表示其中靠在另一个定位器上的夹钳处于一个第二预张紧位置。
如图1所示，按照本发明的装配设备200包括一个支架220和一个可以沿着所述支架朝着安装方向A移动的夹钳241。在夹钳210上安装有一个真空吸移管250以便吸持物体100。夹钳210是这样安装在所述的支架220上，即所述的夹钳210朝着安装方向A从所述的支架220上伸出。
在所述的夹钳210上安装有两个定位器230和240。所述的夹钳210相对于支架220在所述的两个定位器230和240之间朝着安装方向A可线性移动。近端的定位器230安装在远离真空吸移管250侧的夹钳210上，而远端的定位器240则靠近真空吸移管250侧安装在夹钳210上。
在所述支架220上，弹性缓冲件290，290分别面向近端定位器230和远端定位器240布置。
所述的定位器230和240也可以设计在支架220上，同时将缓冲件290，280设计在对应的夹钳上。
所述夹钳210相对于所述的支架220的整个活动区域是沿着安装方向A的长度d。
所述的夹钳210具有一个沿着安装方向A定向的永磁体作为第一联接件260，而在支架220上安装有一个电磁体270作为第二联接件，它例如是一个环形线圈或者是一个直线电动机，其与所述夹钳210上的永磁体260共同作用。所述的夹钳210借助导向装置(图中未示出)沿着安装方向A导向地安置在支架220上。
如图1所示的按照本发明的装配设备处于一个第一预张紧位置。这里所述的夹钳，相对于支架220沿着安装方向A朝着要安装的物体100预张紧，因此近端定位器230靠在所述的支架220上或者靠在近端缓冲件290上。通过预定流过环形线圈或直线电动机270的电流可以预定使所述的夹钳210相对于支架220朝着安装方向A预张紧的力。
为了装配，本发明的装配设备200借助一个驱动支架220的驱动器(图中未示出)朝着物体100移动。当到达物体100并且夹钳210或真空吸移管250放到该物体100上或者物体100放到衬底上时，支架220被(图中未示出)的驱动器驱动朝着物体100移动，所述的夹钳210相对于支架逆着安装方向A移动，于是，通过电流预定的安装力作用，在所述的物体100上。这里产生的惯性仅取决于所述的夹钳210的质量。在本发明实施例的情况下，如图1所示的位于支架220的远端处的活动区域d变小，d1＜d，同时，在近端定位器230和所述的支架220之间产生的间距d2相应变大。
因此，按本发明，使夹钳210相对于支架220沿着安装方向A预张紧可以预定很小的安装力同时具有很高的安装精确度。
此外，在安装时也可获得所需要的变化的力曲线。这只需要根据所希望的力曲线调节电流，该电流确定在夹钳210和支架220之间的力耦合。
如果其上要安装物体100的衬底沿着安装方向是活动的，和/或是往复摆动的，当调节电流为固定值的情况下，在所述的夹钳210相对于支架220的整个活动区域d上的力作用基本上是不变的，因此例如作用到物体100上的力也是固定的。这样，就能够容易提高装配时的安装精确度和安装可靠性。
如图3所示，按照本发明的装配设备200，表示处于一个第二预张紧位置的情况，这里所述的夹钳210逆着安装方向A的活动具有完全的弹性，也就是说，处于远端的定位器240正紧贴着支架200的远端区域或支架220的远端的缓冲件280，于是，当支架220移动到物体100上时，物体100上受到的作用力仅取决于驱动支架220向物体100移动的驱动力。通过选择具有预定的特性的缓冲件280，就可以影响以这种驱动方式操作的安装力的变化曲线。由此可以实现非常高的安装力，而这是采用如图1和2所示的方法所不能实现的，因为前面所述的方法都是在夹钳210和支架220之间通过两个联接件产生确定的力作用，使安装力只能达到一个限定的大小。例如根据如图1和2所示的本发明的装配设备实施例的驱动方式，可以获得的安装力范围在0，1和2N之间。如果要获得高于2N的安装力，则应采用如图3所示的驱动方式，采用这种方式，可以获得的安装力范围在2N和50N之间。
进一步说，确定安装力的电流变化曲线是在将夹钳移动到物体上或将物体安装到衬底上之后变化。这里当将一个物体定位安装到一个衬底上时可能产生任意的力的变化曲线。本发明还提供一种可能性，即在支架220和/或在夹钳210上安装一个路径测量系统，这样，例如当夹钳210相对于支架处于静止状态时，该测量系统可以迅速检测出来并给出一个信号，即根据此静止状态发出安装过程结束的信号。
本发明还提供一种可能性，即当安装一个物体之前，通过一个力传感器对夹钳210的安装力进行测量。在采用已经测出的或者预定的电线圈或直线电动机270的电流值情况下确定的力值，例如以电子数据形式加以储存。通过电流在比较测量过程中的变化曲线可以事先精确确定并存储基于电流而预定的安装力。
权利要求
1.一种用于将物体安装到衬底上的装配设备，包括一个可移动的支架(220)，一个在所述支架(220)上位于一个活动区域(d)两端之间的可沿着安装方向(A)直线移动的夹钳(210)，所述夹钳可将物体(100)拾起并且通过所述支架(220)的运动配合可使所述物体移动到一个衬底上，其中.在所述支架(220)上有一个第一联接件(270)，.在所述夹钳(210)上有一个第二联接件(270)，.在所述第一联接件(270)和第二联接件(260)之间作用有一个由电场和/或磁场产生的电场力和/或磁场力，使夹钳(210)沿着安装方向(A)相对于所述活动区域(d)的一端预张紧。
2.根据权利要求1的装配设备，其中.所述的第一联接件(270)是一个由电流流过的线圈，.所述的第二联接件(260)是一个永久磁铁，和.通过控制所述电流的电流强度，使安装物体(100)到所述衬底上时所产生的安装力是可以控制的。
3.根据权利要求1的装配设备，其中.所述的第一联接件(270)是一个永久磁铁，.所述的第二联接件(260)是一个由电流流过的线圈，和.通过控制所述电流的电流强度，使安装物体(100)到所述衬底上时所产生的安装力是可以控制的。
4.根据权利要求1的装配设备，其中.所述的第一联接件(270)是一个由一个第一电流流过的第一线圈，.所述的第二联接件(260)是一个由一个第二电流流过的第二线圈，和.通过控制所述第一电流的电流强度和/或第二电流的电流强度，使安装物体(100)到所述衬底上时所产生的安装力是可以控制的。
5.根据权利要求2至4之一的装配设备，其中.由所述的第一联接件(270)和第二联接件(260)构成一个直线电动机。
6.根据权利要求1至5之一的装配设备，其中.所述的支架(220)和夹钳(210)沿着安装方向(A)相互共轴安装。
7.根据前述任一权利要求所述的装配设备，其中.在活动区域的每个端部各设置一个定位器(230，240)，使所述的夹钳(210)通过一个设置在支架(220)上的定位器(230，240)之间的导向装置可移动操作。
8.根据权利要求7的装配设备，其中.在每个定位器(230，240)和/或在所述导向装置的每个端部区域上，各设置一个缓冲件(280，290)，它们位于所述的定位器(230，240)和所述的导向装置之间。
9.根据前述任一权利要求所述的装配设备，其中.每个线圈或每个永磁铁采用空心圆柱体结构。
10.一种用于通过一个夹钳(210)将物体安装到衬底上的装配方法，其中一个支架(220)沿着安装方向(A)移动，夹钳(210)通过一个位于一个活动区域(d)两端之间的导向装置在所述支架(220)上沿着安装方向(A)可直线移动，使所述的夹钳(210)沿着安装方向(A)从支架(220)内伸出，并且所述的夹钳(210)相对于所述活动区域(d)两端中的一端预张紧，从而当安装物体(100)时，确定一个由夹钳(210)施加的预定的安装力，其中.所述夹钳(210)相对于所述支架(220)的所述的预张紧是通过一个可控制调节的电场和/或磁场产生的，.所述的预张紧的大小是通过相应于一个预定值调节所述的磁场和/或电场，.所述的支架(220)将所述夹钳(210)沿着安装方向(A)移动到所述的物体(100)或衬底上，.所述夹钳(210)当进行安装物体(100)或衬底时，施加预定的安装力到所述的物体(100)上，同时，夹钳(210)相对于所述支架(220)逆着安装方向(A)移动，直到被所述支架(220)制动为止。
11.根据权利要求10的方法，其中.所述的可控制调节的磁场和/或电场是由分别在所述夹钳(210)和所述支架(220)上设置的联接件(260，270)产生的，.所述的联接件(260，270)是永久磁铁和/或允许电流流过的线圈，和.至少一个所述的联接件(260，270)是一个由电流流过的线圈。
12.根据权利要求10或11中之一的方法，其中.所述的安装力是根据物体(100)的特性选择预定的。
13.根据权利要求12的方法，其中.在安装物体(100)之前，所述的夹钳(210)的导向装置停靠在一个定位器(230)上，该定位器在设备的活动区域(d)近端构成，和.通过以一个与所需要的安装力相当的力进行安装来预定所述的夹钳(210)作用到物体(100)上的安装力。
14.根据权利要求12的方法，其中.在安装物体(100)之前，所述的夹钳(210)的导向装置停靠在一个定位器(240)上，该定位器在设备的支架(220)上的活动区域(d)的远端构成，和.所述的安装力是通过预定驱动力来确定，依靠该驱动力，所述的支架(220)向所述物体(100)移动。
15.一种利用一个夹钳(210)从衬底上提取物体(100)的方法，其中所述的夹钳(210)通过一个位于一个活动区域(d)两端之间的导向装置在所述支架(220)上沿着提取方向(A)可直线移动，使所述的夹钳(210)逆着提取方向(A)从支架(220)内伸出，其中.在相对于支架(220)进行提取操作之前，所述的夹钳(210)朝着所述的活动区域(d)的远端移动，.所述支架(220)沿着提取方向(A)从所述的衬底离开，以便将物体(100)从衬底上拾起，.当所述的夹钳(210)相对于支架(220)向所述的活动区域(d)的近端移动进行提取操作期间，将在所述的物体(100)上产生均等的加速度。
全文摘要
本发明涉及一种将物体安装到衬底上的装配设备及其安装方法，尤其适用于获得将物体安装到衬底上的非常小和非常大的安装力。为此，一个可以将物体(100)拾起的夹钳(210)相对于所述支架(220)沿着安装方向(A)预张紧地设置。所述的预张紧力是通过一个安装在所述的支架(220)(220)上的第一联接件(270)及一个安装在所述的夹钳(210)上的第二联接件(260)实现的。在第一和第二联接件之间产生一个电场和/或磁场，从而在所述的夹钳(210)和支架(220)(220)之间产生一个作用力。因此，在安装物体(100)时，借助夹钳(210)可实现一个预定的安装力。
文档编号H05K13/04GK1518854SQ02812274
公开日2004年8月4日 申请日期2002年6月12日 优先权日2001年6月19日
发明者R·迪贝尔, R 迪贝尔 申请人:西门子公司